Tosca三种优化方法简介

1、Tosca简介

TOSCA 是国际领先的结构拓扑形状优化软件，由德国 Fe-design 公司开发，现已被达索公司收购，迄今为止已被广泛应用于汽车、航空、机械制造、加工工业等众多领域，是奥迪、宝马等世界知名公司进行产品虚拟开发的首选优化工具。 其中，TOSCA Structure 是标准的无参结构优化统，可以对具有任意载荷工况的有限元模型进行拓扑、形状和条纹优化；

采用Tosca进行的结构优化是一个重复迭代过程。每一重复过程中元件的结构响应在外部求解器中进行求解。Tosca采用的外部求解器为工业认可的标准求解器，既保证了计算结果的高精度，又避免了不必要的重复投资，而且用户可以在自己熟悉的求解器环境和前后处理环境下工作，而不用培训来熟悉另外一个新的求解器。在优化过程中，可以直接使用已经存在的有限元模型，通过 Tosca 内部各程序的相互作用完成了结构在CAD系统中从概念到最优形状的优化设计闭环过程。

Tosca中主要的三种优化方法为拓扑优化、形状优化和条纹优化，关于这些方法的具体介绍如下：

2、Tosca.topology——拓扑优化模块

新产品开发过程中的第一步工作是定义概念阶段结构的设计原则。该设计原则是指确定基于载荷、先决条件以及可选设计空间内的一个设计解,该设计解在满足设计要求如强度、刚度或者频率目标等基础上是相对于重量或者成本最优。TOSCA.Topology保证了设计者或者CAE专家在产品的早期概念阶段了解设计要求相对于重量的最优解,没有承担载荷的面积被从设计空间中去除,新的设计具有结构里的最优流动。拓扑优化结果可以用来作为设计工程师的最终产品设计。

拓扑优化模块的功能特点：
刚度不变前提下的体积最小化；体积不变前提下的刚度最大化；频率满足设计要求的前提下体积最小化；体积不变前提下的第一频率最大化；具有处理多工况、多目标、多约束问题的能力；满足工艺要求和对称条件；网格自适应优化技术；材料分布等势面的VRML、STL或FE-表面网格划分输出；优化结果可以在Tosca.smooth中进行进一步处理。
3、TOSCA.shape——形状优化模块
概念设计阶段的下一阶段是设计的改进过程。在应力分析基础上，对结构的表面几何形状进行不断的修正和改进，直到达到要求的应力水平为止。该过程通常采用试错方法手工进行，但是TOSCA.shape模块可以自动完成该改进过程。给定有限元模型的表面形状会在有限元结果的基础上进行不断的改进，直到达到要求的优化目标。

TOSCA形状优化模块的功能特点：
减小应力集中；改善结构耐久性；提高自然频率；优化过程中采用自适应网格平滑技术 ；满足工艺要求和对称条件。4、TOSCA.Bead——条纹优化采用德国卡尔斯鲁厄大学制造发展协会（ IPEK ）开发的算法库对金属板结构进行条纹优化以提高其刚度和自然频率，或者降低噪音和振动。TOSCA加强筋优化模块的功能特点：提高弯曲刚度或自然频率；减少噪音和振动；精确确定条纹的高度和宽度；计算结果清晰明确，能够被精确制造。